基于嵌入式系统的多功能信号设备电气参数测试仪研究与设计

论文摘要

目前,对铁路信号设备的测试一部分是通过微机自动测试,另一部分是手工完成。针对手工完成部分,测试人员需要将测试数据记录在主要表格上,一份自己保存,一份上交,方便管理人员跟踪设备状况并进行汇总分析。这样的手工模式下,效率低下,迫切需要研制一种新型电气参数测试仪,能够实现快速更新数据,对异地边远车间、班组的设备进行检查,并对发现的问题及时整改,保证设备管理高效有序。本文研究设计了一种基于嵌入式系统的多功能信号设备电气参数测试仪,用以实现高效、实时的监测设备。根据系统集成理念,测试仪分为两大部分,即基于DSP的测试系统部分和基于VRS51L3074的主板部分,两部分之间通过RS232串口进行通信,测试完成以后,通过串口通信网络RS232将数据传输到计算机。测试系统部分选用TI公司高速高性能新一代数字信号处理器TMS320F2812做主控制器,主要完成信号采集、数据幅度调整等功能。主板部分采用RAMTRON公司的嵌入了8KB FRAM存储器的VRS51L3074单片机作为核心处理器,实现对采集数据读取、记录、显示、存储、传输和二次处理分析等功能。测试仪实现了对电气参数信号量的采集、处理显示、带时间信息的大容量数据存储、数据传输和简单数据分析处理等功能。本文在对系统采集量、功能要求等进行分析的基础上,给出了系统总体设计方案。对于基于DSP的测试系统部分,设计了采集板硬件电路模块,并给出了主程序和信号采集典型处理过程程序流程图,分析了数据采集和幅度调整阶段的算法和测试系统的性能。对于主板部分,设计了主板硬件电路,在此基础上开发了软件系统,实现各大功能模块的通信,完成了测试仪的具体功能。设计了测试仪外部键盘和显示LCD,采集了试验数据并做了数据分析,证实了系统可行性。为了减小测试信号的误差,本文又采用了基于FFT和CZT联合的幅频算法和优化的双线性极大值匹配法测频技术进行了数据处理分析,进一步完善了系统功能。最后对本文所研究内容进行了总结和展望,指出了系统的不足和改进方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 铁路行业设备测试综述
• 1.1.2 铁路行业中电气参数测试研究背景
• 1.1.3 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 智能化仪器仪表现状及发展趋势
• 1.2.2 铁路行业智能化仪器仪表现状及发展趋势
• 1.2.3 嵌入式系统发展现状及发展趋势
• 1.3 课题研究内容和拟解决的关键问题
• 1.3.1 课题主要研究内容
• 1.3.2 课题拟解决的关键问题
• 1.4 本文主要内容及章节安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 多功能信号设备电气参数测试仪设计方案
• 2.1 多功能测试仪需求分析
• 2.2 多功能测试仪测试对象分析
• 2.3 多功能测试仪设计目标
• 2.4 多功能测试仪的设计方案
• 2.4.1 基于TMS320F2812的测试系统概述
• 2.4.2 基于VRS51L3074的主板部分概述
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于DSP的测试系统设计
• 3.1 基于DSP的测试系统硬件设计
• 3.1.1 测试系统输入部分设计
• 3.1.2 测试系统信号处理部分设计
• 3.1.3 测试系统A/D转换部分设计
• 3.1.4 测试系统数据处理单元设计
• 3.1.5 测试系统通讯接口设计
• 3.2 基于DSP的测试系统软件开发
• 3.2.1 软件开发总体设计
• 3.2.2 软件开发中典型程序设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于VRS51L3074的主板部分设计
• 4.1 基于VRS51L3074的主板部分硬件设计
• 4.1.1 主板硬件总体设计
• 4.1.2 主板部分处理器模块选型及设计
• 4.1.3 主板部分硬件电路设计
• 4.2 基于VRS51L3074主板的软件系统设计
• 4.2.1 人机交互软件设计
• 4.2.2 测试仪存储器部分软件设计
• 4.2.3 测试数据上传格式设计
• 4.2.4 主板采集控制模块软件设计
• 4.2.5 主板串口通讯模块软件设计
• 4.3 测试仪与PC机串口调试设计
• 4.3.1 sscom串口调试软件
• 4.3.2 多功能测试仪和计算机调试程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统集成及试验结果分析
• 5.1 多功能信号设备电气参数测试仪系统集成
• 5.2 多功能测试仪现场测试及数据分析
• 5.2.1 多功能信测试仪试验过程
• 5.2.2 多功能测试仪试验结果分析
• 5.3 多功能测试仪特点
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 6.3 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录A:基于VRS51L3074芯片主板硬件原理图
• 附录B:测试仪典型测试过程程序设计